CN111407227A

CN111407227A - 基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法

Info

Publication number: CN111407227A
Application number: CN201910145025.3A
Authority: CN
Inventors: 裴为华; 刘智多; 陈弘达
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2019-01-04
Filing date: 2019-02-26
Publication date: 2020-07-14
Anticipated expiration: 2039-02-26
Also published as: CN111407227B

Abstract

本公开提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法，基于角膜接触镜的光学眼压检测设备包括角膜接触镜、垂直腔面发射激光器、线圈、供电单元、电感耦合器件图像传感器以及数据记录及分析单元；利用集成在角膜接触镜边缘的两个超薄的垂直腔面发射激光器做光束指示器，眼压的升降变化会造成眼球，特别是角膜曲率的大小变化，继而引起贴附在其上的角膜接触镜的曲率变化，两个垂直腔面发射激光器发出的光束的夹角将因此发生改变，这种变化由装配在框式眼镜上的电感耦合器件图像传感器读出，经过数据处理和校准，则可以检测到眼压的微小波动。

Description

基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法

技术领域

本公开涉及非侵入式眼压测量技术领域，尤其涉及一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法。

背景技术

青光眼是一种不可逆的眼科疾病，眼压增高是青光眼的主要临床表现，长期眼压偏高会导致视力逐渐丧失，因此需要对青光眼患者的眼压进行较长时间的连续监测，以便进行及时预防和治疗。传统的眼压检测仪器是台式设备，体积大，操作程序复杂，需要患者到医院挂号后由医生或专业护士操作进行检查。这就很难对眼压的实时波动有一个连续的了解。对控制病人的病情及用药都不太方便。如果可以实现一款可供病人24小时佩戴的眼压监测设备，对眼压变化进行连续的检测，病人在床边或居家也可以对眼压变化进行检测，则无论是医生的判断和处置、还是病人实时了解病情，增减治疗手段都是很大的进步。随着穿戴式传感技术及无线传感技术的发展，个性化医疗的需求与日俱增。

目前一些单位和研究机构提出了一些利用集成在角膜接触镜上的电特性敏感穿戴式压延传感器。其主要系统分为用于眼压检测的角膜接触镜和佩戴在眼眶及身体周围的无线功能及信号分析与读出系统两部分。其中用于眼压检测角膜接触镜中集成了无线能量接受线圈和应变传感器，当病人佩戴这种角膜接触镜时，眼压升高会导致眼球曲率半径变大，继而引起角膜接触镜形变，集成在角膜接触镜中的应变传感器产生形变，继而引起电学特性的(包括电阻、电感、电容或谐振频率)变化，这些电学变化通过无线信号传递给眼眶上佩戴的读出系统读出。

然而，在实现本公开的过程中，本申请发明人发现，这些电学传感器需要专用植入电路芯片，封装工艺和读出系统复杂，灵敏度还有很大的提升空间，并且电学检测方法的功耗高、工艺复杂且器件长期使用易失效，因此现有技术中的眼压检测方法均无法满足实际需要。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述技术问题，本公开提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法，以缓解现有技术中的电学传感器式眼压测量方法结构复杂、功耗高且器件长期使用易失效的技术问题。

(二)技术方案

根据本公开的一个方面，提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，包括：眼内单元，包括：角膜接触镜，其贴附在角膜上，并随眼压的变化发生形变；两个垂直腔面发射激光器，其对称设置在所述角膜接触镜的边缘上，并向外投射与所述角膜接触镜表面垂直的光线；供电单元，其为所述垂直腔面发射激光器供电；电感耦合器件图像传感器，其与所述角膜的中心法线垂直设置，用于接收所述垂直腔面发射激光器投射的光线；以及数据记录及分析单元，其根据两个所述垂直腔面发射激光器在所述电感耦合器件图像传感器上投影的光斑间距的变化，计算分析得到相应的眼压变化；其中，所述角膜接触镜随眼压变化发生形变，从而改变两个所述垂直腔面发射激光器向外投射的光线的夹角，进而改变两个所述垂直腔面发射激光器在所述电感耦合器件图像传感器上投影的光斑间距。

在本公开的一些实施例中，其中：所述眼内单元还包括：线圈，其沿所述角膜接触镜的边缘设置，并与所述垂直腔面发射激光器连接；所述供电单元为无线供电单元，且其谐振频率与所述线圈一致；其中，所述线圈通过柔性低阻抗材料制备而成。

在本公开的一些实施例中，所述线圈和所述垂直腔面发射激光器与所述角膜接触镜的中心留有距离，且不直接与角膜接触。

在本公开的一些实施例中，其中：所述角膜接触镜的材料包括：聚二甲基硅氧烷、柔性硅水凝胶或前述材料的改性聚合物；所述角膜接触镜的厚度介于20um至500um之间；所述角膜接触镜的直径介于12mm至14mm之间。

在本公开的一些实施例中，所述电感耦合器件图像传感器与所述眼内单元的间距介于1.5cm至10m之间。

在本公开的一些实施例中，所述电感耦合器件图像传感器装配在框式眼镜上。

在本公开的一些实施例中，所述垂直腔面发射激光器的发光波段处于红外波段。

在本公开的一些实施例中，所述垂直腔面发射激光器位于角膜和巩膜的交界处。

根据本公开的另一个方面，还提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的制备方法，包括：步骤A：将25um的铜线绕成10匝线圈，并将垂直腔面发射激光器焊接在所述线圈的端口上；步骤B：将步骤A得到的样品放置于角膜接触镜固化模具的中心位置；步骤C：将10∶1比例的聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液倒入所述角膜接触镜固化模具中；步骤D：将所述角膜接触镜固化模具放入真空烘箱中进行100℃，1小时固化处理；步骤E：将步骤D得到的样品放入等离子去胶机中，氧等离子处理2分钟，得到本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备。

根据本公开的再一个方面，还提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的使用方法，包括：步骤S1：将本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备中的所述角膜接触镜佩戴至使用者眼部；步骤S2：将连接所述数据记录及分析单元的所述电感耦合器件图像传感器固定在调节架上；步骤S3：令使用者的视线朝向所述电感耦合器件图像传感器；步骤S4：利用供电单元向所述垂直腔面发射激光器供电，并通过所述数据记录及分析单元分析计算光斑间距变化。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法具有以下有益效果的其中之一或其中一部分：

(1)本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法，基于光学原理，具有体积小、工艺简单，舒适度高等特点，可长期佩戴连续测量；

(2)垂直腔面发射激光器具有体积小、光束对称，光斑小等特点。并且基于柔性材料的角膜接触镜可根据角膜形变进行适应性形变，可以长期佩戴连续测量，极大的改善了使用舒适度；

(3)垂直腔面发射激光器的发光波段处于红外波段，可以以较小的损耗穿过眼皮，因此即使在闭眼休息或睡觉时，也不影响眼压的检测。

附图说明

图1为本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的结构示意图。

图2为图1所示的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备中垂直腔面发射激光器在电感耦合器件图像传感器上投影光斑的示意图。

图3为本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的制备方法的步骤流程图。

图4为本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的使用方法的步骤流程图。

【附图中本公开实施例主要元件符号说明】

10-眼内单元；

11-角膜接触镜；

12-垂直腔面发射激光器；

13-线圈；

20-供电单元；

30-电感耦合器件图像传感器；

40-数据记录及分析单元；

具体实施方式

本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法利用集成在角膜接触镜边缘的两个超薄的垂直腔面发射激光器(VCSEL)做光束指示器，眼压的升降变化会造成眼球，特别是角膜曲率的大小变化，继而引起贴附在其上的角膜接触镜的曲率变化，两个VCSEL发出的光束的夹角将因此发生改变，这种变化由电感耦合器件图像传感器(CCD)读出。经过数据处理和校准，则可以检测到眼压的微小波动。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

根据本公开的一个方面，如图1所示，提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，包括：眼内单元10、供电单元20、电感耦合器件图像传感器30以及数据记录及分析单元40；眼内单元10包括角膜接触镜11和两个垂直腔面发射激光器12；角膜接触镜11贴附在角膜上，并随眼压的变化发生形变；两个垂直腔面发射激光器12对称设置在角膜接触镜11的边缘上，并向外投射与角膜接触镜11表面垂直的光线；供电单元20为垂直腔面发射激光器12供电；电感耦合器件图像传感器30与角膜的中心法线垂直设置，用于接收垂直腔面发射激光器12投射的光线；数据记录及分析单元40根据两个垂直腔面发射激光器12在电感耦合器件图像传感器30上投影的光斑间距的变化，计算分析得到相应的眼压变化；其中，角膜接触镜11随眼压变化发生形变，从而改变两个垂直腔面发射激光器12向外投射的光线的夹角，进而改变两个垂直腔面发射激光器12在电感耦合器件图像传感器30上投影的光斑间距(如图2所示，使用VCSEL作为光源，并对称地安装两组在角膜接触镜边缘靠近角、巩膜交界处，两束光由VCSEL发出并形成一定夹角，最终投射在与角膜中心法线垂直放置的CCD检测板上，得到两个光斑P₁、P₂，当角膜发生形变时，光斑对应地改变为P₃、P₄，根据光斑位置、距离、形状的变化，通过计算分析可得到相应的角膜曲率变化，结合前期对患者眼压与角膜曲率的标定，可以得到患者眼压变化结果)。

本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，基于光学原理，具有体积小、工艺简单，舒适度高等特点，可长期佩戴连续测量；垂直腔面发射激光器12具有体积小、光束对称，光斑小等特点。并且基于柔性材料的角膜接触镜可根据角膜形变进行适应性形变，可以长期佩戴连续测量，极大的改善了使用舒适度。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，其中：眼内单元10还包括线圈13，其沿角膜接触镜11的边缘设置，并与垂直腔面发射激光器12连接；供电单元20为无线供电单元，且其谐振频率与线圈13一致；其中，线圈13通过柔性低阻抗材料制备而成。

在本公开的一些实施例中，如图1所示，线圈13和垂直腔面发射激光器12与角膜接触镜11的中心留有距离，且不直接与角膜接触。

在本公开的一些实施例中，其中：角膜接触镜11的材料包括：聚二甲基硅氧烷、柔性硅水凝胶或前述材料的改性聚合物；角膜接触镜11的厚度介于20um至500um之间；角膜接触镜11的直径介于12mm至14mm之间。

在本公开的一些实施例中，电感耦合器件图像传感器30与眼内单元10的间距介于1.5cm至10m之间。

在本公开的一些实施例中，电感耦合器件图像传感器30装配在框式眼镜上。

在本公开的一些实施例中，垂直腔面发射激光器12的发光波段处于红外波段，垂直腔面发射激光器12的发光波段处于红外波段，可以以较小的损耗穿过眼皮，因此即使在闭眼休息或睡觉时，也不影响眼压的检测。

在本公开的一些实施例中，垂直腔面发射激光器12位于角膜和巩膜的交界处。

根据本公开的另一个方面，还提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的制备方法，如图3所示，包括：步骤A：将25um的铜线绕成10匝线圈，并将垂直腔面发射激光器焊接在线圈的端口上；步骤B：将步骤A得到的样品放置于角膜接触镜固化模具的中心位置；步骤C：将10∶1比例的聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液倒入角膜接触镜固化模具中；步骤D：将角膜接触镜固化模具放入真空烘箱中进行100℃，1小时固化处理；以及步骤E：将步骤D得到的样品放入等离子去胶机中，氧等离子处理2分钟，得到本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备。

根据本公开的再一个方面，如图4所示，还提供一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的使用方法，包括：步骤S1：将本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备中的角膜接触镜11佩戴至使用者眼部；步骤S2：将连接数据记录及分析单元40的电感耦合器件图像传感器30固定在调节架上；步骤S3：令使用者的视线朝向电感耦合器件图像传感器30；步骤S4：利用供电单元20向垂直腔面发射激光器12供电，并通过数据记录及分析单元40分析计算光斑间距变化。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开实施例提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备及制备、使用方法利用集成在角膜接触镜边缘的两个超薄的垂直腔面发射激光器做光束指示器，通过眼压升降变化引起的角膜曲率的大小变化，继而引起贴附在其上的角膜接触镜的曲率变化，两个VCSEL发出的光束的夹角将因此发生改变，再通过电感耦合器件图像传感器读出，经过数据处理和校准，则可以检测到眼压的微小波动。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个公开方面中的一个或多个，在上面对本公开的示例性实施例的描述中，本公开的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本公开要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如前面的权利要求书所反映的那样，公开方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本公开的单独实施例。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims

1.一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，包括：

眼内单元，包括：

角膜接触镜，其贴附在角膜上，并随眼压的变化发生形变；

两个垂直腔面发射激光器，其对称设置在所述角膜接触镜的边缘上，并向外投射与所述角膜接触镜表面垂直的光线；

供电单元，其为所述垂直腔面发射激光器供电；

电感耦合器件图像传感器，其与所述角膜的中心法线垂直设置，用于接收所述垂直腔面发射激光器投射的光线；以及

数据记录及分析单元，其根据两个所述垂直腔面发射激光器在所述电感耦合器件图像传感器上投影的光斑间距的变化，计算分析得到相应的眼压变化；

其中，所述角膜接触镜随眼压变化发生形变，从而改变两个所述垂直腔面发射激光器向外投射的光线的夹角，进而改变两个所述垂直腔面发射激光器在所述电感耦合器件图像传感器上投影的光斑间距。

2.根据权利要求1所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，其中：

所述眼内单元还包括：线圈，其沿所述角膜接触镜的边缘设置，并与所述垂直腔面发射激光器连接；

所述供电单元为无线供电单元，且其谐振频率与所述线圈一致；

其中，所述线圈通过柔性低阻抗材料制备而成。

3.根据权利要求2所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，所述线圈和所述垂直腔面发射激光器与所述角膜接触镜的中心留有距离，且不直接与角膜接触。

4.根据权利要求1所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，其中：

所述角膜接触镜的材料包括：聚二甲基硅氧烷、柔性硅水凝胶或前述材料的改性聚合物；

所述角膜接触镜的厚度介于20um至500um之间；

所述角膜接触镜的直径介于12mm至14mm之间。

5.根据权利要求1所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，所述电感耦合器件图像传感器与所述眼内单元的间距介于1.5cm至10m之间。

6.根据权利要求5所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，所述电感耦合器件图像传感器装配在框式眼镜上。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，所述垂直腔面发射激光器的发光波段处于红外波段。

8.根据权利要求1至6中任一项所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备，所述垂直腔面发射激光器位于角膜和巩膜的交界处。

9.一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的制备方法，包括：

步骤A：将25um的铜线绕成10匝线圈，并将垂直腔面发射激光器焊接在所述线圈的端口上；

步骤B：将步骤A得到的样品放置于角膜接触镜固化模具的中心位置；

步骤C：将10∶1比例的聚二甲基硅氧烷和固化剂混合溶液倒入所述角膜接触镜固化模具中；

步骤D：将所述角膜接触镜固化模具放入真空烘箱中进行100℃，1小时固化处理；

步骤E：将步骤D得到的样品放入等离子去胶机中，氧等离子处理2分钟，得到如上述权利要求1至8中任一项所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备。

10.一种基于角膜接触镜的光学眼压检测设备的使用方法，包括：

步骤S1：将如上述权利要求1至8中任一项所述的基于角膜接触镜的光学眼压检测设备中的所述角膜接触镜佩戴至使用者眼部；

步骤S2：将连接所述数据记录及分析单元的所述电感耦合器件图像传感器固定在调节架上；

步骤S3：令使用者的视线朝向所述电感耦合器件图像传感器；

步骤S4：利用供电单元向所述垂直腔面发射激光器供电，并通过所述数据记录及分析单元分析计算光斑间距变化。